Обзор NVMe-накопителя Smartbuy Stream E19T: первый безбуферный SSD для PCIe 4.0 x4

Нет никаких сомнений в том, что современные NVMe-накопители рано или поздно переберутся на интерфейс PCIe 4.0, а накопители под PCIe 3.0 уйдут с рынка. И по мере того, как поддержка PCIe 4.0 в имеющихся массовых платформах будет расширяться, SSD с PCIe 3.0 будут становиться всё менее и менее востребованными и популярными. Причём дело тут не столько в более высоких скоростях, которые способен обеспечить современный интерфейс, сколько в простом маркетинге: через какое-то время накопители, не имеющие в списке спецификаций отметки про поддержку PCIe 4.0, неминуемо начнут казаться покупателям устаревшими и не заслуживающими внимания.

Собственно, такой переходный процесс уже запустился на наших глазах: ассортимент SSD под PCIe 4.0 активно расширяется, причём сейчас на прилавках магазинов появляются не столько флагманские решения с заметно более высокой по сравнению с накопителями прошлого поколения производительностью, сколько предложения, для которых поддержка PCIe 4.0 – простая формальность. Например, совсем недавно через наши руки прошёл ADATA XPG Gammix S50 Lite – накопитель, который позиционируется производителем как самый доступный SSD для PCIe 4.0-систем, но при этом работающий медленнее популярных моделей SSD с интерфейсом PCIe 3.0 практически при любых нагрузках. И совершенно очевидно, что XPG Gammix S50 Lite будет далеко не единственным решением такого рода.

Сегодня мы познакомимся ещё c одной моделью SSD, которая получила поддержку PCIe 4.0 не ради высокой пропускной способности, а под влиянием современных тенденций и, если угодно, моды, – Smartbuy Stream E19T. Этот накопитель не обещает рекордов скорости, но зато он интересен по многим другим причинам. Во-первых, это «классический Smartbuy», каким мы его любим, – производимая под контролем Phison референсная модель, которая продаётся под локальной российской торговой маркой по довольно привлекательной цене. Во-вторых, Smartbuy Stream E19T основывается на новом многообещающем контроллере Phison PS5019-E19T, который используется и в весьма именитых продуктах. Так, на нём основывается недавно анонсированный WD Black SN750 SE и фирменная карта расширения памяти для игровых приставок Xbox Series X|S. И в-третьих, Stream E19T – накопитель с 176-слойной флеш-памятью Micron, которая до сих пор нам не встречалась ни в каких иных продуктах.

Однако ещё до начала подробного рассказа о Smartbuy Stream E19T нужно предостеречь от завышенных ожиданий: он вообще не собирается бороться с производительными конкурентами, несмотря на поддержку PCIe 4.0. Эта модель – доступный безбуферный SSD, перед которым стоят весьма скромные цели – показать лучшее соотношение цены и производительности по сравнению с популярными безбуферными конкурентами, такими как Samsung 980 или WD Blue SN550. Насколько у него это получилось, мы и расскажем в этом материале.

⇡#Внешний вид и внутреннее устройство

Накопители, продающиеся под маркой Smartbuy, своим внешним видом воображение никогда не поражали. Этот бренд занимается поставкой на российский рынок SSD эталонного дизайна в их каноническом исполнении. Неудивительно, что такие предложения выглядят максимально просто — это относится и к новому Smartbuy Stream E19T.

Мы получили на тестирование образец объёмом 1 Тбайт – на данный момент это старшая модификация из двух представленных на рынке вариантов. Накопитель выполнен в форм-факторе M.2 2280 и построен на печатной плате фирменного для накопителей на платформах Phison синего цвета. Скорее всего, этот SSD производится на заводах бессменного производственного подрядчика Phison, компании PTI (Powertech Technology), а название Smartbuy он обретает только на территории Российской Федерации. Принадлежность накопителя к этой марке выдаёт лишь наклейка на его лицевой стороне.

Под наклейкой прячутся две микросхемы флеш-памяти, которые вместе с контроллером формируют всю аппаратную начинку. Набор из этих трёх микросхем легко помещается на одной стороне печатной платы, поэтому Stream E19T отличается малой толщиной, что позволяет применять его в том числе и в ультрабуках.

Микросхема контроллера Phison PS5019-E19T сразу привлекает внимание небольшими габаритами — 7 × 11 мм. И это – отражение её внутренней простоты. Например, корпус хорошо знакомой нам микросхемы Phison PS5016-E16 примерно втрое больше, хотя при производстве обоих контроллеров используется один и тот же 28-нм техпроцесс TSMC. Объяснение здесь простое: Phison PS5019-E19T основывается на одноядерном, а не двухъядерном процессоре ARM Cortex R5; для работы с флеш-памятью он использует четыре, а не восемь каналов; к тому же он полностью лишён DRAM-интерфейса. Иными словами, Phison PS5019-E19T – это урезанный по всем направлениям контроллер, предназначенный для строительства недорогих безбуферных SSD. Но с поддержкой PCIe 4.0.

Правда, кое в чём он всё же превосходит упомянутый PS5016-E16: PS5019-E19T совместим с более широким спектром разновидностей флеш-памяти, поддерживая современные чипы NAND с 1200-МГц интерфейсом. И именно благодаря этому в Smartbuy Stream E19T попала новейшая 176-слойная TLC 3D NAND компании Micron, известная также под кодовым именем B47R. Правда, по внешнему виду микросхем догадаться об этом непросто – они несут на себе маркировку всё той же компании PTI, которая не только собирает SSD из компонентов, но и занимается резкой пластин, закупаемых у производителей полупроводников, а также их дальнейшим тестированием, отбором и упаковкой кристаллов флеш-памяти. Например, применённые в Stream E19T чипы IABHG94AYA содержат внутри по восемь 512-гигабитных устройств TLC 3D NAND.

Работающая в составе накопителя Smartbuy 176-слойная флеш-память Micron примечательна тем, что это – первая NAND, которую эта компания разработала самостоятельно после прекращения сотрудничества с Intel. И такая память заметно отличается от продукции всех прочих производителей по внутреннему устройству. В структуре ячеек у Micron используется так называемый замещающий затвор (Replacement Gate) – нечто среднее между технологиями плавающего затвора и ловушки заряда.

На микроуровне Micron заменила поликристаллический кремний в материале затвора металлом и перешла на иной метод травления вертикального цилиндрического канала, в результате чего он получил увеличенный диаметр. Кроме того, в структуре памяти Micron появился непроводящий слой нитрида кремния, в котором как раз и происходит хранение данных, и этот слой сильно уменьшает взаимное влияние ячеек в вертикальном стеке. Все эти нововведения в сумме позволили добиться целого ряда положительных эффектов – увеличить скорость программирования ячеек, повысить их стабильность, снизить энергопотребление и улучшить надёжность хранения данных.

В конечном итоге можно сказать, что 176-слойная TLC 3D NAND компании Micron делает следующий шаг в развитии технологий трёхмерной флеш-памяти в целом. А, оперируя терминами производительности, Micron утверждает, что её новая память снизила задержки при чтении и записи примерно на 35 % по сравнению с 96-слойной памятью прошлого поколения. И именно благодаря продвинутой памяти Smartbuy Stream E19T вызывает немалый интерес, несмотря на простую безбуферную конструкцию.

⇡#Технические характеристики

С точки зрения спецификаций Smartbuy Stream E19T – это NVMe-накопитель с интерфейсом PCIe 4.0 x4. Однако, исходя из тех же самых спецификаций, скоростная шина ему совершенно ни к чему, то есть при установке этого SSD в систему, где поддерживается лишь PCIe 3.0, пользователь ничего не потеряет. Это прослеживается и в характеристиках контроллера Phison PS5019-E19T – даже по мнению самих разработчиков, максимально возможные скорости линейных операций, достижимые при самых благоприятных условиях, превосходят пропускную способность PCIe 3.0 x4 лишь на единицы процентов. Более того, производитель использовал для новой модели то же самое маркетинговое имя Stream, которое ранее носили NVMe SSD самого начального уровня, основанные на платформе Phison E13T.

Часть спецификаций своего детища Smartbuy решила вообще не раскрывать, в частности нет данных ни о показателях выносливости флеш-памяти, ни о скоростях произвольных операций. Впрочем, нет сомнений, что никакими впечатляющими достижениями Stream E19T похвастать не сможет. Однако производительность этого SSD должна быть ближе к среднему уровню, всё-таки его стоимость находится около 11 тыс. руб. за терабайтную версию. Иными словами, этот накопитель призван конкурировать не только с безбуферными моделями, но и с решениями уровня ADATA XPG Gammix S11 Pro или Silicon Power XD80.

Однако не нужно забывать, что отсутствие в конструкции Stream E19T собственной DRAM-памяти заставляет контроллер использовать для работы с таблицей трансляции адресов технологию HMB (Host Memory Buffer). Это означает две вещи. Во-первых, накопитель при работе захватывает под свои нужды некоторую часть оперативной памяти ПК (до 64 Мбайт), используя её для буферизации обращений к массиву флеш-памяти. Во-вторых, скорость работы Stream E19T при высоких нагрузках будет лавинообразно снижаться, причём в первую очередь это коснётся операций чтения.

График, приведённый ниже, показывает, как проваливается скорость случайных обращений к Stream E19T по мере того, как растёт объём данных, в пределах которого происходят эти обращения. Из него становится ясно, что пользователю придётся сталкиваться с падением производительности, если в рамках одной сессии он оперирует более чем 32 Гбайт информации.

Разница в скорости случайного чтения может быть 2,5-кратной – либо еще как-то перефразировать. И это значит, что Stream E19T, как и любой другой NVMe SSD, плохо подойдёт для интенсивных нагрузок. Шина PCIe 4.0 с увеличенной пропускной способностью, которая, по идее, должна была сделать работу контроллера SSD с оперативной памятью ПК более эффективной, похоже, в данном случае вообще не помогает.

SLC-кеширование реализовано в накопителе Smartbuy по динамическому алгоритму. Причём даже на заполненном SSD в распоряжении пользователя остается неплохой объём памяти, работающей в режиме ускоренной записи. На пустом накопителе объёмом 1 Тбайт размер SLC-кеша достигает 140 Гбайт, а на накопителе, который заполнен на 75 %, кеш сокращается до 32 Гбайт.

Для подробного анализа алгоритма работы кеша мы теперь проводим троекратное тестирование скорости серийного копирования объёмных файлов на накопитель: когда SSD полностью свободен, когда SSD предварительно заполнен данными наполовину и когда SSD до начала записи полон на три четверти. Такой эксперимент позволяет проследить за изменением размера и скорости динамического SLC-кеша в зависимости от наличия в массиве флеш-памяти накопителя свободного пространства.

У Smartbuy Stream E19T 1 Тбайт встречается три разных скорости записи. В SLC-кеш файлы удаётся копировать со скоростью около 2,4 Гбайт/с. Затем, во время записи напрямую в массив TLC-памяти, скорость составляет порядка 1,2 Гбайт/с. В последнем, третьем варианте – во время параллельного перевода SLC-ячеек в TLC-режим, который происходит, когда места в массиве NAND уже не остаётся, – скорость падает до совсем скромных значений 100-200 Мбайт/с.

Обратите внимание — при прямой записи в TLC-память можно наглядно увидеть проявление положительных качеств 176-слойной памяти Micron: производительность на уровне 1,2 Гбайт/с для четырёхканального массива TLC 3D NAND – поистине феноменальный результат. Его можно даже сопоставлять с быстродействием восьмиканальных массивов в SSD флагманского уровня.

Поэтому становится совершенно ясно, что узким местом в Stream E19T выступает не NAND-память, а довольно слабый контроллер Phison PS5019-E19T. Впрочем, с обработкой очистки памяти при параллельной нагрузке он справляется довольно неплохо. После уничтожения на SSD файла объёмом 64 Гбайт падение производительности фиксируется всего лишь в течение секунды. Это видно из следующего графика, на котором показано, как меняется быстродействие случайного чтения и латентность во время исполнения команды TRIM, подаваемой операционной системой вслед за удалением файлов.

Таким образом, для недорогого безбуферного накопителя Stream E19T выглядит не так уж и плохо. На заполнение полной ёмкости накопителя объёмом 1 Тбайт требуется примерно 24 минуты. Последовательное чтение данных с полностью заполненного SSD занимает 10,5 минуты. По этим показателям новинку Smartbuy вполне можно сопоставить с накопителями на базе платформы Phison E12, оснащёнными 96-слойной памятью Micron прошлого поколения.

⇡#Программное обеспечение

Никаких программных инструментов для Smartbuy Stream E19T не предлагается, а доступные в Сети универсальные утилиты Phison Toolbox от разработчиков контроллера с чипом PS5019-E19T несовместимы.